论文部分内容阅读
暴露于室外的各种建筑物吸收太阳辐射而引起高表面温度,可导致其老化、变形和损坏等。太阳热反射涂料作为一种高效直接的解决太阳辐射危害的方法受到广泛的研究和应用,但目前大部分太阳热反射涂料以有机材料为主要成分,由于有机成分对酸、碱和紫外线等耐久性较差,因此有机太阳热反射涂料的使用寿命有限。硅酸钾（K2O·n Si O2）为无色透明质粘稠状液体,成膜性好,化学性质稳定。但以硅酸钾为主要成分的涂料在特殊应用场景下易发生开裂和脱落等问题,因此需要提高其粘结强度和柔韧性。机械活化可将部分机械能转变为材料的内能,降低颗粒尺寸与结晶度,改变颗粒形态,提高反应活性。纤维增韧作为改善材料柔韧性的有效方法,能够减小材料自身受到的荷载,阻止裂纹的扩展。因此,本研究以K2O·n Si O2为基料,研制硅酸钾基太阳热反射涂料（以下简称涂料）,通过机械活化提高涂料的粘结强度,采用聚酯（PET）纤维增韧提高涂料的柔韧性,通过小冲杆试验探索涂料柔韧性定量表征的可行性。本研究首先以K2O·n Si O2为涂料成膜物质、Ti O2为颜料、Al PO4为固化剂、水为分散介质,研制了三组涂料（T5H1、T5H1.5、T5H2,其中T5H1指代Ti O2:H2O=5:1,T5H1.5和T5H2同理）;通过不同的机械活化时间制备了8种Al PO4样品（A0、A2.5、A5、A10、A20、A40、A80、A160,其中A0指机械活化0min的Al PO4,其他同理）,通过对Al PO4的粒径、晶粒尺寸、Zeta电位和分散状态的表征研究机械活化对Al PO4的影响规律,并依据不同的机械活化时间制备了四组涂料（C0、C5、C40、C160,其中C0指代用A0制备的涂料,其他同理）;通过掺入短切分散处理的PET纤维提高涂料的柔韧性,根据不同的纤维掺入量制备了四组涂料（C0%F、C0.3%F、C0.6%F、C0.9%F,其中C0%F指代纤维掺入量为0 wt.%的涂料,其他同理）。利用UV/VIS/NIR光谱仪表征涂料的太阳热反射性能;SEM表征涂料的孔隙率和裂纹率;根据GB 1733-93和GB/T9265-2009对涂料的耐水性和耐碱性进行表征;通过万能材料力学试验机表征涂料的粘结强度;通过XRD和FTIR表征涂料的物相组成和化学结构;利用EDS表征涂料中P元素的分布均匀度;采用硬度仪表征涂料的硬度;通过荧光显微镜表征纤维在涂料中分散的均匀程度;通过轴棒法柔韧性测试和小冲杆试验表征涂料的柔韧性。涂料的反射光谱结果表明,三组涂料的热反射率均超过90%;SEM结果表明,涂层的孔隙率分别为39.08%、35.61%和34.37%,其中T5H1.5不仅孔隙分布最均匀,而且孔隙率最低;耐水性测试结果表明,三组涂料的耐水性均达到国家标准GB/T 10222-88中对涂料耐水性的要求;力学试验的结果表明,三组涂料的粘结强度T5H1>T5H1.5>T5H2,除T5H2外均达到国家标准GB/T 16777-2008中要求的0.49MPa;XRD和FTIR的结果表明,涂料中Si-O-Si聚合体的聚合度和K2O·n Si O2与Al PO4的反应程度均为T5H2>T5H1.5>T5H1。机械活化增强涂料粘结强度的研究表明,Al PO4在机械活化过程中,晶粒尺寸和Zeta电位的绝对值逐渐减小,而粒径先减小,40 min时达到临界粒径2.7μm,之后逐渐增大。通过SEM发现A160发生了团聚现象,A0、A5和A40的分散状态良好。涂料的FTIR和XRD的结果表明,机械活化提高了涂料中Si-O-Si的聚合度和K2O·n Si O2与Al PO4的反应程度,其中C40的聚合度和反应程度要高于C0、C5和C160;涂料的EDS和SEM结果表明,C40中Si-O-Si聚合体的分布均匀度最高;力学试验结果表明,机械活化提高了涂料的粘结强度,其中C40达到最大值,为0.7MPa。纤维增韧涂料的研究表明,经过短切分散处理后的纤维在涂料中能均匀分散;光谱反射结果表明,掺入PET纤维不会显著降低涂料的反射率;化学结构和物相分析说明纤维掺入会降低参与涂料化学反应的水,使涂料Si-O-Si聚合度和K2O·n Si O2与Al PO4反应程度下降;轴棒法柔韧性测试结果说明,掺入PET纤维显著提高了涂料的柔韧性;小冲杆试验的荷载位移曲线表明,随着纤维的掺入试样从脆性断裂逐渐转为韧性断裂,结合失效功的结果可得涂层的柔韧性与轴棒法柔韧性测试结果一致。综上所述,本研究以K2O·n Si O2为涂料成膜物质、Ti O2为颜料、Al PO4为固化剂、水为分散介质研制出了一种新型的硅酸钾基太阳热反射涂料。采用对涂料固化剂Al PO4进行机械活化处理,可显著提高涂料粘结强度。通过掺入短切分散PET纤维的方法,有效提高了涂层的柔韧性,通过小冲杆试验的试验结果,表明小冲杆试验可以定量分析涂料柔韧性。